생체 시계
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1. 개요
생체 시계는 생물의 몸 안에서 일어나는 생리적 현상들의 주기를 조절하는 내재된 메커니즘이다. 일주기 리듬, 광주기성 등 다양한 종류가 있으며, 24시간 주기로 움직이는 일주기 리듬이 대표적이다. 포유류의 경우 시교차상핵에 위치하며, 시계 유전자에 의해 생성된 단백질의 음성 피드백 기전을 통해 약 24시간 주기로 작동한다. 생체 시계는 환경 변화에도 생명 현상을 유지하는 항상성에 기여하며, 건강과 밀접한 관련이 있다.
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2. 역사
2. 1. 한국의 생체 시계 연구
3. 생체 리듬
3. 1. 일주기 리듬 (서캐디언 리듬)
생체 시계에는 여러 종류가 알려져 있는데, 일주기 리듬, 광주기성 등이 그 예이다.[5] 주기는 짧은 것부터 긴 것까지 다양하며,[2] 짧은 주기로는 산화 환원 보조 효소의 환원도 주기 변화에 따른 초·분 단위, 심장 박동, 뇌파 등이 있다.[2] 주기가 긴 것으로는 새의 이동, 물고기의 회유, 식물의 개화 등 계절 단위(연 단위)의 것도 있다.[2] 또한, 주기적인 것뿐만 아니라 일정 시간 경과만을 나타내는 "타이머형 생체 시계"(모래시계형 생체 시계)도 존재한다.[1]특히 잘 알려진 것은 일주기 리듬이다.[2] 동물·식물을 자연 환경에서 분리하여 정상광 아래 두어도, 동물의 배설 물질 농도가 일주기 리듬을 나타내는 경우가 많아 동식물에 시계 기구가 내재되어 있음을 알 수 있다.[2] 그러나 그 기구의 위치, 형태, 구조는 아직 자세히 밝혀지지 않았다.[2] 생물 체내의 일주기 리듬은 정확히 24시간 주기로 움직이지 않고, 대부분 약간씩 늦어지는 방향으로 어긋난다. 대략 25시간 주기이며, 빛을 쬠으로써 재설정된다. 그래서 "서캐디언 리듬(circadian rhythm)", "일주기 리듬"이라고 부른다.[2] 자연계 생물은 일조 유무에 따른 명암, 낮과 밤을 이용하여 생체 시계의 어긋남을 보정한다.[2]
생물의 생명 시계는 환경의 영향을 차단해도 약 24시간 주기의 리듬을 지속할 수 있다. 랫트를 대상으로 한 실험에서 일정 조건의 온도와 밝기 아래, 온도나 밝기 정보로 시간을 판단할 수 없도록 키워도 24시간 주기의 생활 리듬이 확인되었다.
3. 2. 광주기성
3. 3. 기타 생체 리듬
4. 생체 시계의 위치
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생체 시계의 존재 위치는 동물에 따라 다르며, 포유류의 경우 좌우 시신경이 교차하는 부위 약간 위에 있는 시교차상핵에 존재한다. 시교차상핵이 파괴된 쥐는 24시간의 주야 리듬이 사라지지만, 그 외의 특별한 장애는 보이지 않았다. 이로부터 시교차상핵이 생체 시계로서 특화된 기능을 하는 기관이라고 생각된다.
4. 1. 시교차상핵
생체 시계의 존재 위치는 동물에 따라 다르며, 포유류의 경우 좌우 시신경이 교차하는 부위 약간 위에 있는 시교차상핵에 존재한다. 시교차상핵이 파괴된 쥐는 24시간의 주야 리듬이 사라지지만, 그 외의 특별한 장애는 보이지 않았다. 이로부터 시교차상핵이 생체 시계로서 특화된 기능을 하는 기관이라고 생각된다.
5. 생체 시계의 메커니즘
생체 시계의 기능은 생체 시계를 담당하는 각 기관이 보유하고 있으며, 그 내부에서 생성되는 단백질이 진자 역할을 한다. 세포 내의 화학 반응 하나하나는 기껏해야 수분 정도로 종료된다. 이 진자 역할을 하는 단백질은 시계 유전자가 만들어내며, 이 단백질이 증가하면 자신과 같은 단백질이 과도하게 증가하지 않도록 단백질을 만드는 시계 유전자의 작용을 억제한다. 즉, 단백질이 세포 내에 증가하면 단백질이 감소하는 방향으로 반응이 진행되고, 단백질이 감소하면 단백질은 증가하는 방향으로 반응한다. 이를 음성 피드백 기구라고 한다. 이 작용에 의해 생물은 세포 내 단백질이 약 24시간 주기로 증감(진동)함으로써 시계 역할을 한다. 이 생체 시계의 메커니즘은 곰팡이부터 인간까지 진핵생물에 공통적으로 나타난다.
5. 1. 시계 유전자
생명체의 생체시계와 관련된 단백질로는 TIM, CLK, PER 등의 유전자들이 보고된 바 있다. 생체 시계는 생체 시계를 담당하는 각 기관이 보유하고 있으며, 그 내부에서 생성되는 단백질이 진자 역할을 한다. 세포 내의 화학 반응은 수분 정도로 종료되지만, 진자 역할을 하는 단백질은 시계 유전자가 만들어내며, 이 단백질이 증가하면 자신과 같은 단백질이 과도하게 증가하지 않도록 단백질을 만드는 시계 유전자의 작용을 억제한다. 즉, 단백질이 세포 내에 증가하면 감소하고, 감소하면 증가하는 음성 피드백 기구에 의해 약 24시간 주기로 증감(진동)하며 시계 역할을 한다. 이러한 생체 시계의 메커니즘은 곰팡이부터 인간까지 진핵생물에 공통적으로 나타난다.5. 2. 항상성
항상성(恒常性, constancy)은 생체가 여러 가지 환경 변화에 대응하여 생명 현상이 제대로 일어날 수 있도록 일정한 상태를 유지하는 성질 또는 그런 현상을 가리킨다. 생명체는 심리적으로 여러 가지 조건이 바뀌어도 친숙한 대상은 항상 같게 지각하려는 항상성을 갖고있다. 물체의 크기ㆍ모양ㆍ빛깔, 또는 소리를 들은 거리나 빛의 명암 따위의 조건에 따라 달라지는 것이 원칙이지만, 생리적 자극과는 관계없이 항상 같게 지각되는 경향이다.특히 이러한 항상성기능(恒常性機能)은 생체에서 온도나 화학 물질의 농도 따위를 환경 조건의 변화에도 불구하고 일정하게 유지하는 기능으로 항상성 기능의 기초에는 교묘한 비선형 피드백 기구가 있고, 뇌의 신경계가 관련되어 있다.
6. 생체 시계와 건강
6. 1. 생체 리듬 교란의 원인
6. 2. 생체 리듬 건강을 위한 방법
7. 같이 보기
참조
[1]
서적
岩波 生物学辞典
[2]
백과사전
ブリタニカ百科事典【生物時計】
[3]
사전
広辞苑 第六版【生物時計】
[4]
서적
『Newton別冊 時間とは何か改訂版』
ニュートンプレス
2013-05-15
[5]
사전
デジタル大辞泉
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